KR20150127619A - Reducing audio distortion in an audio system - Google Patents
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Abstract
오디오 시스템은 타겟 오디오 신호 및 피드백 신호를 수신하고, 타겟 오디오 신호 및 피드백 신호에 응답하여 조정된 오디오 신호를 생성하도록 구성되는 오디오 구동기를 포함한다. 확성기는 조정된 오디오 신호를 음향음으로 변환하도록 구성된다. 테스트 신호 생성기는 타겟 오디오 신호보다 높은 주파수를 갖는 테스트 신호를 생성하도록 구성된다. 테스트 신호는 테스트 전류가 확성기를 통해 흐르게 한다. 전류 감지 회로는 확성기를 통해 흐르는 테스트 전류를 측정하고, 테스트 전류를 나타내는 전류 감지 신호를 생성하도록 구성된다. 피드백 회로는 전류 감지 신호에 응답하여 피드백 신호를 생성하도록 구성된다.The audio system includes an audio driver configured to receive a target audio signal and a feedback signal, and to generate a conditioned audio signal in response to the target audio signal and the feedback signal. The loudspeaker is configured to convert the adjusted audio signal to acoustic sound. The test signal generator is configured to generate a test signal having a frequency higher than the target audio signal. The test signal causes the test current to flow through the loudspeaker. The current sensing circuit is configured to measure a test current flowing through the loudspeaker and to generate a current sense signal indicative of the test current. The feedback circuit is configured to generate a feedback signal in response to the current sense signal.
Description
본 명세서에서 개시되는 실시예들은 오디오 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 확성기의 오디오 왜곡을 줄이기 위한 오디오 시스템에 관한 것이다.The embodiments disclosed herein relate to audio systems, and more particularly, to audio systems for reducing audio distortion in a loudspeaker.
확성기는 전기 신호를 수신하고 전기 신호를 가청음(audible sound)으로 변환하는 장치이다. 확성기들은 자석 내부에 위치하고 다이어프램(diaphragm)(예로서, 원뿔)에 또한 부착되는 음성 코일을 포함할 수 있다. 전기 신호가 음성 코일에 인가될 때, 코일은 자기장을 생성하며, 이 자기장은 음성 코일 및 그의 부착된 다이어프램이 움직이게 한다. 다이어프램의 움직임은 주변의 공기를 밀어 음파들을 생성한다.A loudspeaker is a device that receives an electrical signal and converts the electrical signal into an audible sound. The loudspeakers may include a voice coil located inside the magnet and also attached to a diaphragm (e.g., cone). When an electrical signal is applied to the voice coil, the coil generates a magnetic field, which causes the voice coil and its attached diaphragm to move. Movement of the diaphragm creates sound waves by pushing the surrounding air.
더 양호한 음향 충실도(sound fidelity)를 위해, 확성기에 의해 생성되는 음파들은 확성기에 인가되는 전기 신호에 비례해야 한다. 그러나, 실제의 확성기에서, 다이어프램의 움직임은 인가되는 전기 신호에 정확히 비례하지 않으며, 이러한 편차는 음향 충실도의 손실을 유발한다. 음향 충실도의 손실은 이동 전화, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 및 다른 휴대용 장치에서 발견되는 것들과 같은 소형 확성기들에서 특히 현저하다.For better sound fidelity, the sound waves generated by the loudspeaker must be proportional to the electrical signal applied to the loudspeaker. However, in an actual loudspeaker, the movement of the diaphragm is not exactly proportional to the electrical signal applied, and this deviation causes a loss of acoustic fidelity. Loss of acoustic fidelity is particularly noticeable in small loudspeakers such as those found in mobile phones, tablet computers, laptops, and other handheld devices.
전기 신호와 다이어프램의 움직임 간의 편차의 여러 원인이 존재한다. 첫째, 코일 및 그의 관련된 기생물들(parasitics)은 반응성을 가지며, 코일에 의해 생성되는 자기장은 인가되는 전기 신호의 주파수에 따라 변한다. 이것은 코일의 평탄하지 않은 주파수 응답을 유발한다. 둘째, 코일에 대한 자석의 자기장의 효과는 일정하지 않은데, 그 이유는 자석 내부에서 코일의 위치가 변하기 때문이다. 코일이 인가된 전기 신호에 응답하여 앞뒤로 움직임에 따라, 자석에 대한 그의 위치가 변한다. 이것은 코일의 자기장과 자석의 자기장이 상호작용하는 양을 변화시켜, 다이어프램의 움직임의 정도가 코일의 현재 위치에 의존하게 한다. 셋째, 다이어프램을 지지하는 서스펜션(suspension)의 탄성(springiness)은 일정하지 않으며, 다이어프램이 그의 명목 위치(nominal position)로부터 얼마나 멀리 변위되는지에 따라 변한다. 이러한 인자들 모두는 확성기에 의해 생성되는 음향의 왜곡을 증가시킨다.There are several causes of deviation between the electrical signal and the motion of the diaphragm. First, the coil and its associated parasitics are reactive, and the magnetic field produced by the coil varies with the frequency of the applied electrical signal. This causes an uneven frequency response of the coil. Second, the effect of the magnetic field of the magnet on the coil is not constant, because the position of the coil changes inside the magnet. As the coil moves back and forth in response to an applied electrical signal, its position relative to the magnet changes. This changes the amount by which the magnetic field of the coil interacts with the magnetic field of the magnet, so that the degree of movement of the diaphragm depends on the current position of the coil. Third, the springiness of the suspension supporting the diaphragm is not constant and varies depending on how far the diaphragm is displaced from its nominal position. All of these factors increase the distortion of the sound produced by the loudspeaker.
본 명세서에서 개시되는 실시예들은 확성기의 용량을 측정하는 방식으로서 확성기를 통과하는 테스트 전류를 측정하는 오디오 시스템을 설명한다. 테스트 전류는 확성기 다이어프램의 실제 변위를 나타내는 피드백 신호를 생성하기 위한 피드백으로서 사용된다. 이어서, 피드백 신호는 피드백 루프에서 타겟 오디오 신호를 조정하여 오디오 충실도를 증가시키는 데 사용될 수 있다.The embodiments disclosed herein describe an audio system for measuring a test current passing through a loudspeaker as a method of measuring the capacity of a loudspeaker. The test current is used as feedback to generate a feedback signal representing the actual displacement of the loudspeaker diaphragm. The feedback signal may then be used to adjust the target audio signal in the feedback loop to increase audio fidelity.
일 실시예에서, 오디오 시스템은 타겟 오디오 신호 및 피드백 신호를 수신하고, 타겟 오디오 신호 및 피드백 신호에 응답하여 조정된 오디오 신호를 생성하도록 구성되는 오디오 구동기를 포함한다. 확성기는 조정된 오디오 신호를 음향음(acoustical sound)으로 변환하도록 구성된다. 테스트 신호 생성기는 타겟 오디오 신호보다 높은 주파수를 갖는 테스트 신호를 생성하도록 구성된다. 테스트 신호는 또한 테스트 전류가 확성기를 통해 흐르게 한다. 전류 감지 회로는 확성기를 통해 흐르는 테스트 전류를 측정하고, 테스트 전류를 나타내는 전류 감지 신호를 생성하도록 구성된다. 피드백 회로는 전류 감지 신호에 응답하여 피드백 신호를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 피드백 회로는 확성기의 실제 변위를 나타내는 피드백 신호를 생성하는 탐색표(look up table) 또는 비선형 회로(non-linear circuit)일 수 있다.In one embodiment, the audio system includes an audio driver configured to receive a target audio signal and a feedback signal, and to generate an adjusted audio signal in response to the target audio signal and the feedback signal. The loudspeaker is configured to convert the adjusted audio signal to an acoustical sound. The test signal generator is configured to generate a test signal having a frequency higher than the target audio signal. The test signal also causes the test current to flow through the loudspeaker. The current sensing circuit is configured to measure a test current flowing through the loudspeaker and to generate a current sense signal indicative of the test current. The feedback circuit is configured to generate a feedback signal in response to the current sense signal. For example, the feedback circuit may be a look-up table or a non-linear circuit that generates a feedback signal representative of the actual displacement of the loudspeaker.
일 실시예에서, 오디오 시스템에서의 동작 방법이 개시된다. 방법은 타겟 오디오 신호 및 피드백 신호에 응답하여 조정된 오디오 신호를 생성하는 단계; 확성기를 이용하여 조정된 오디오 신호를 음향음으로 변환하는 단계; 타겟 오디오 신호보다 높은 주파수를 갖는 테스트 신호를 생성하는 단계 - 테스트 신호는 테스트 전류가 확성기를 통해 흐르게 함 -; 확성기를 통해 흐르는 테스트 전류를 측정하는 단계; 테스트 전류를 나타내는 전류 감지 신호를 생성하는 단계; 및 전류 감지 신호에 응답하여 피드백 신호를 생성하는 단계를 포함한다.In one embodiment, a method of operation in an audio system is disclosed. The method includes generating an adjusted audio signal in response to a target audio signal and a feedback signal; Converting an adjusted audio signal using a loudspeaker into an acoustic sound; Generating a test signal having a frequency higher than the target audio signal, the test signal causing a test current to flow through the loudspeaker; Measuring a test current flowing through the loudspeaker; Generating a current sense signal representative of a test current; And generating a feedback signal in response to the current sense signal.
본 명세서에서 개시되는 실시예들의 교시 내용은 첨부 도면들과 관련된 아래의 상세한 설명을 고려함으로써 쉽게 이해될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 확성기의 물리적 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 도 1의 확성기(10)의 전기적 모델이다.
도 3은 일 실시예에 따른 높은 주파수들에서의 도 2의 전기적 모델의 간략화된 버전이다.
도 4는 일 실시예에 따른 감소된 오디오 왜곡을 갖는 오디오 시스템의 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 감소된 오디오 왜곡을 갖는 오디오 시스템의 회로도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 오디오 시스템의 신호 파형들을 나타낸다.
도 7은 다른 실시예에 따른 감소된 오디오 왜곡을 갖는 오디오 시스템의 회로도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 감소된 오디오 왜곡을 갖는 오디오 시스템의 회로도이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 확성기의 물리적 도면이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 높은 주파수들에서의 도 9의 확성기의 간략화된 전기적 모델이다.
도 11은 추가 실시예에 따른 감소된 오디오 왜곡을 갖는 오디오 시스템의 회로도이다.The teachings of the embodiments disclosed herein may be readily understood by considering the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings.
1 is a physical diagram of a loudspeaker according to one embodiment.
FIG. 2 is an electrical model of the
FIG. 3 is a simplified version of the electrical model of FIG. 2 at high frequencies according to one embodiment.
4 is a block diagram of an audio system with reduced audio distortion in accordance with one embodiment.
5 is a circuit diagram of an audio system with reduced audio distortion in accordance with one embodiment.
6 shows signal waveforms of an audio system according to one embodiment.
7 is a circuit diagram of an audio system with reduced audio distortion according to another embodiment.
8 is a circuit diagram of an audio system with reduced audio distortion according to another embodiment.
9 is a physical diagram of a loudspeaker according to another embodiment.
FIG. 10 is a simplified electrical model of the loudspeaker of FIG. 9 at high frequencies according to another embodiment.
11 is a circuit diagram of an audio system with reduced audio distortion according to a further embodiment.
도면들 및 아래의 설명은 단지 예시적으로만 다양한 실시예들과 관련된다. 아래의 설명으로부터, 본 명세서에서 개시되는 구조들 및 방법들의 대안 실시예들이 본 명세서에서 설명되는 원리들로부터 벗어나지 않고서 이용될 수 있는 실행 가능한 대안들로서 쉽게 인식될 것이라는 점에 유의해야 한다.The drawings and the following description relate to various embodiments by way of example only. It is to be understood from the following description that alternative embodiments of the structures and methods disclosed herein will be readily recognized as viable alternatives that may be utilized without departing from the principles set forth herein.
이제, 여러 실시예가 상세히 참조될 것이며, 그 예들은 첨부 도면들에 도시된다. 실행 가능한 어느 곳에서나 유사 또는 동일한 참조 번호들이 도면들에서 사용될 수 있고, 유사 또는 동일한 기능을 지시할 수 있다는 점에 유의한다. 도면들은 다양한 실시예들을 단지 예시의 목적으로 도시한다. 통상의 기술자는 본 명세서에서 예시되는 구조들 및 방법들의 대안 실시예들이 본 명세서에서 설명되는 원리들로부터 벗어나지 않고서 이용될 수 있다는 것을 아래의 설명으로부터 쉽게 인식할 것이다.Reference will now be made in detail to several embodiments, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. It is noted that similar or identical reference numbers anywhere in the art may be used in the drawings and may indicate similar or equivalent functions. The drawings illustrate various embodiments for purposes of illustration only. It will be readily apparent to those of ordinary skill in the art from the following description that alternative embodiments of the structures and methods illustrated herein may be utilized without departing from the principles set forth herein.
본 명세서에서 개시되는 실시예들은 확성기의 용량(capacitance)에 대한 대용물(proxy)로서 확성기를 통과하는 테스트 전류를 측정하는 오디오 시스템을 설명한다. 테스트 전류는 확성기 다이어프램의 실제 변위를 나타내는 피드백 신호를 생성하기 위한 피드백으로서 사용된다. 이어서, 피드백 신호는 피드백 루프에서 타겟 오디오 신호를 조정하여 확성기의 변위가 타겟 오디오 신호와 더 정확하게 매칭되게 하여 오디오 충실도를 증가시키는 데 사용될 수 있다.The embodiments disclosed herein describe an audio system for measuring a test current through a loudspeaker as a proxy for the capacitance of a loudspeaker. The test current is used as feedback to generate a feedback signal representing the actual displacement of the loudspeaker diaphragm. The feedback signal can then be used to adjust the target audio signal in the feedback loop so that the displacement of the loudspeaker matches the target audio signal more accurately, thereby increasing audio fidelity.
도 1은 일 실시예에 따른 확성기(10)의 물리적 도면이다. 확성기(10)는 자석(12), 코일(14) 및 코일(14)에 부착된 다이어프램(16)을 포함한다. 전기 신호가 코일(14)에 인가될 때, 전기 신호는 코일(14)로 하여금 자석(12)의 자기장과 상호작용하는 자기장을 생성하게 한다. 코일(14) 및 다이어프램(16)은 앞뒤로 움직여 음파들을 생성한다. 코일(14)이 자석(12)의 중심에 더 가까운 경우, 자기장들 간의 상호작용은 더 강하다. 코일(14)이 자석(12)의 중심으로부터 더 먼 경우, 상호작용은 더 약하다. 이러한 변하는 자기장은 음향 왜곡을 생성하는 일정하지 않은 힘을 유발한다.1 is a physical diagram of a
코일(14)은 자석(12)과 상호작용하는 전기장(18)도 생성한다. 전기장(18)은 자석(12)에 대한 코일(14)의 위치에 따라 변한다. 자기장과 유사하게, 코일이 자석(12)의 중심에 있을 경우, 코일(14)과 자석(12) 간의 전기장(18) 상호작용은 더 강하다. 코일(14)이 자석(12)으로부터 멀어지는 경우, 전기장(18)은 감소한다.The coil 14 also produces an
도 2는 일 실시예에 따른 도 1의 확성기(10)의 전기적 모델이다. 저항기(R1) 및 인덕터(L1)는 확성기(10) 내부의 이동 코일(14)을 모델링한다. 커패시터(C2), 인덕터(L2) 및 저항기(R2)는 공기의 결합 관성, 다이어프램(16)의 탄성, 및 코일(14)의 이동에 의해 유발되는 유도 전동력(EMF; electromotive force)을 모델링한다. 확성기(10)는 전기 오디오 신호들을 확성기에 제공할 수 있는 2개의 확성기 단자도 포함한다.FIG. 2 is an electrical model of the
커패시터(C1)는 확성기(10) 내부의 전기장(18)에 의해 유발되는 확성기(10)의 자기 용량(self-capacitance)을 나타낸다. C1은 코일(14)의 이동에 따라 변한다. 양의 전압이 코일(14)에 인가될 때, 코일은 자석(12)으로부터 멀어져서, 자석(12)과의 전기장(18)의 상호작용을 줄이며, 또한 커패시터(C1)의 용량을 줄인다. 음의 전압이 코일(14)에 인가될 때, 코일은 자석(12)을 향해 이동하여, 자석(12)과의 전기장(18)의 상호작용을 증가시키며, 또한 커패시터(C1)의 용량을 증가시킨다. 따라서, C1의 값은 코일(14) 및 다이어프램(16)의 위치에 의존하며, 확성기(10)에 의해 생성되는 음향음에 직접 관련된다. 일부 실시예들에서, C1은 10 pF와 100 pF 사이에서 변한다.The capacitor C1 represents the self-capacitance of the
도 3은 일 실시예에 따른 높은 주파수들에서의 도 2의 전기적 모델의 간략화된 버전이다. 10 MHz와 같은, 오디오 주파수 범위 밖의 높은 주파수들에서, C2는 단락 회로인 것으로 가정되며, 따라서 C2, L2 및 R2 모두가 회로 모델로부터 제거될 수 있다. 저항기(Rs)는 확성기(10)의 고주파 저항을 나타내며, 도 2의 저항기(R1)에 대응한다. 인덕터(Ls)는 확성기(10)의 고주파 인덕턴스를 나타내며, 도 2의 인덕터(L1)에 대응한다. 커패시터(Cs)는 확성기(10)의 자기 용량을 나타내며, 도 2의 커패시터(C1)에 대응한다.FIG. 3 is a simplified version of the electrical model of FIG. 2 at high frequencies according to one embodiment. At higher frequencies outside the audio frequency range, such as 10 MHz, C2 is assumed to be a short circuit, and therefore both C2, L2 and R2 can be removed from the circuit model. The resistor Rs represents the high frequency resistance of the
본 개시내용의 실시예들은 코일(14)의 용량(Cs)을 다이어프램(16)의 변위에 대한 대용물로서 사용한다. 용량(Cs)이 측정되고, 확성기(10)에 제공되는 전기 신호의 레벨을 조정하기 위한 피드백으로 사용될 수 있으며, 따라서 전기 신호와 코일(14) 및 다이어프램(16)의 변위 간의 편차를 보상할 수 있다. 결과적으로, 확성기(10)는 감소된 왜곡 및 더 양호한 주파수 응답을 갖는다.Embodiments of the present disclosure use the capacitance Cs of the coil 14 as a substitute for the displacement of the diaphragm 16. The capacitance Cs can be measured and used as feedback to adjust the level of the electrical signal provided to the
도 4는 일 실시예에 따른 감소된 오디오 왜곡을 갖는 오디오 시스템의 블록도이다. 오디오 시스템은 그의 양의 입력에서 타겟 오디오 신호(402)를 그리고 그의 음의 입력에서 피드백 신호(408)를 수신하는 오디오 구동기(410)를 포함한다. 일 실시예에서, 타겟 오디오 신호(402)는 20 내지 20,000 Hz의 가청 주파수 범위 내에 있으며, 확성기(10)에 의해 생성되는 음향을 나타낸다. 오디오 구동기는 타겟 오디오 신호(402)와 피드백 신호(408)를 비교하여 조정된 오디오 신호(404)를 생성한다. 일 실시예에서, 오디오 구동기(410)는 오디오 증폭기일 수 있거나, 증폭 스테이지를 포함할 수 있다.4 is a block diagram of an audio system with reduced audio distortion in accordance with one embodiment. The audio system includes an
보상 회로(406)는 오디오 구동기(410)의 출력 및 확성기(10)의 단자(430)에 결합된다. 보상 회로(406)는 조정된 오디오 신호(404)를 확성기(10) 상으로 전달하며, 확성기는 조정된 오디오 신호(404)를 음향음으로 변환한다. 커패시터(Cs)의 용량은 조정된 오디오 신호(404)가 확성기(10)에 의해 음향음으로 변환될 때 변한다. 보상 회로(406)는 고주파 테스트 전류를 커패시터(Cs) 내로 주입하는 테스트 신호 생성기(미도시)도 포함한다. 고주파 테스트 전류의 전류 레벨이 측정되고, 커패시터(Cs)의 순간 값의 지시로서 사용된다. 측정된 전류는 다이어프램(16)의 변위에 비례하는 전압으로 변환되며, 이 전압은 오디오 구동기(410)에 피드백 신호(408)로서 전송된다. 오디오 구동기(410)의 루프 이득은 타겟 오디오(402) 및 피드백 신호(408)가 궁극적으로 서로 수렴하게 한다. 피드백 신호(408)는 확성기(10)에 의해 생성되는 실제 음향음의 정확한 표현일 수 있으므로, 이것은 생성되는 음향이 타겟 오디오 신호(402)와 유사하여 확성기(10)에 의해 생성되는 음향의 충실도를 향상시키는 것을 보증한다.The
확성기(10)의 하부 단자(432)는 접지에 결합되어, 상부 단자(430)를 통해 확성기에 입력되는 신호들에 대한 방전 경로를 제공한다. 다른 실시예들에서, 보상 회로(406)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 확성기(10)의 하부 단자(432) 또는 오디오 구동기(410)의 전력 공급 입력(power supply input)에도 결합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 오디오 구동기(410)는 단일 종단 구동기(single ended driver)가 아니라 차동 구동기일 수 있다.The
도 5는 일 실시예에 따른 감소된 오디오 왜곡을 갖는 오디오 시스템의 회로도이다. 보상 회로(406)는 교류(AC) 테스트 신호(508)를 생성하는 테스트 신호 생성기(506)를 포함한다. 테스트 신호(508)는 타겟 오디오 신호(402)의 오디오 주파수 범위보다 높은 주파수로 발진한다. 예를 들어, 테스트 신호(508)는 타겟 오디오 신호(402)의 20 hz - 20 khz 범위보다 충분히 높은 10 MHz의 주파수를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 테스트 신호(508)는 실질적으로 고정된 전압 진폭 및 실질적으로 고정된 주파수를 가질 수 있다. 그러나, 테스트 신호(508)의 전류는 확성기(10)가 음향음을 생성할 때 변할 수 있다.5 is a circuit diagram of an audio system with reduced audio distortion in accordance with one embodiment. The
결합기 회로(combiner circuit)(510)가 오디오 구동기(410)의 출력 및 확성기(10)의 단자(430)에 결합된다. 결합기 회로(510)는 테스트 신호(508)를 조정된 오디오 신호(404)와 결합하여, 확성기(10)에 제공되는 결합된 신호(502)를 생성한다. 결합기 회로(510)는 인덕터(L3) 및 커패시터(C3)를 포함할 수 있다. 인덕터(L3)는 오디오 주파수들을 통과시키지만, 테스트 신호(508)의 주파수를 차단하도록 선택된다. L3은 테스트 신호(508)의 전류가 오디오 구동기(410)의 출력을 통해 흐르는 것을 방지한다. 커패시터(C3)는 오디오 주파수들을 차단하지만, 테스트 신호(508)의 주파수를 통과시키도록 선택된다. 커패시터(C3)는 조정된 오디오 신호(404)가 테스트 신호(508)의 전류 측정에 영향을 주는 것을 방지한다.A combiner circuit 510 is coupled to the output of the
조정된 오디오 신호 부분 및 테스트 신호 부분 양자를 포함하는 결합된 신호(502)는 확성기(10)의 상부 단자(430)에 제공된다. 조정된 오디오 신호 부분은 확성기(10)의 코일(14)이 앞뒤로 움직여 청취자가 들을 수 있는 음향음을 생성하게 한다. 결합된 신호(502)의 테스트 신호 부분은 용량(Cs)을 통해 테스트 전류를 생성하지만, 확성기가 음향음을 생성하게 하지는 않는다. 테스트 신호 부분에 대한 테스트 전류의 실질적으로 전부가 인덕터(Ls)가 아니라 커패시터(Cs)를 통해 흐른다. 이것은 테스트 신호 부분이 높은 주파수에서 동작하고, 인덕터(Ls)가 높은 주파수들에서 개방 회로이기 때문이다.A combined signal 502 comprising both the adjusted audio signal portion and the test signal portion is provided to the
용량(Cs)은 코일(14)이 앞뒤로 움직여 음향음을 생성할 때 시간 경과에 따라(over time) 변한다. Cs가 변하고, 테스트 신호(508)의 테스트 전류가 Cs를 통해 흐르므로, 테스트 신호(508)의 전류 레벨은 Cs에 의존하고, Cs의 값이 변함에 따라 변한다. 따라서, 코일(14)이 자석으로부터 더 멀리 이동할 때, 용량(Cs)은 감소하며, 테스트 신호(508)의 전류 레벨도 감소한다. 코일(14)이 자석을 향해 이동할 때, 용량(Cs)은 증가하며, 테스트 신호(508)의 전류 레벨도 증가한다.The capacitance Cs varies over time as the coil 14 moves back and forth to produce acoustic sound. As Cs changes and the test current of the
전류 측정 회로(520)가 테스트 신호 생성기(506)와 신호 결합기(510) 사이에 결합된다. 전류 측정 회로(520)는 (고정 전압 진폭 및 가변 전류를 가질 수 있는) 테스트 신호(508)의 전류 레벨을 측정하며, 테스트 신호(508)의 측정된 전류 레벨을 지시하는 전류 감지 신호(512)를 생성한다. 전류 측정 회로(520)는 예를 들어 테스트 전압 생성기(506)와 신호 결합기(510) 사이에 결합되는 직렬 저항기는 물론, 저항기 양단의 전압차를 증폭하기 위한 차동 증폭기도 포함할 수 있다.A
진폭 검출기(514)가 전류 감지 신호(512)를 수신하고, 전류 감지 신호(512)의 진폭을 검출한다. 이어서, 진폭 검출기(514)는 전류 감지 신호(512)의 시변 진폭을 나타내는 전류 진폭 신호(516)를 생성한다. 테스트 신호(508)의 전류 레벨이 확성기(10)의 용량(Cs)과 관련될 때, 전류 진폭 신호(516)의 순간 레벨은 또한 확성기(10)의 순간 용량(Cs)을 나타낸다. 일 실시예에서, 진폭 검출기(514)는 다이오드(D1) 및 다이오드(D1)의 출력에 결합된 커패시터(C4)를 포함한다. 다이오드(D1)는 반파 정류기로서 작용하며, 커패시터(C4)는 반파 정류 신호를 평활화하여 전류 진폭 신호(516)를 생성한다.An
피드백 회로(518)는 진폭 검출기(514)의 출력에 결합되며, 전류 진폭 신호(516)를 수신한다. 피드백 회로(518)는 전류 진폭 신호(516)를, 다이어프램(16)의 변위의 정도를 나타내는 피드백 신호(408)로 변환한다. 일 실시예에서, 피드백 회로(518)는 전류 진폭 신호(516)에 대한 값들을, 다이어프램(16)의 변위의 정도를 나타내는 변위 값들에 맵핑하는 탐색표를 포함한다. 이어서, 변위 값들은 피드백 신호(408)로서 출력되는 전압들로 변환된다. 일 실시예에서, 전류 진폭 신호(516)와 다이어프램(16) 변위 간의 맵핑은 다이어프램(16) 변위 및 전류 진폭 신호(516)의 실제 측정들을 통해 미리 결정될 수 있으며, 이어서 이들은 탐색표 내에 저장된다.The
다른 실시예들에서, 피드백 회로(518)는 전류 진폭 신호(516)를, 다이어프램(16) 변위의 대략적인 정도를 나타내는 피드백 신호(408)로 변환하는 비선형 회로일 수 있다.In other embodiments, the
오디오 구동기(410)는 피드백 신호(408)를 수신하고, 피드백 신호(408)를 타겟 오디오 신호(402)와 비교하여, 조정된 오디오 신호(404)의 레벨을 조정한다. 오디오 구동기(410)의 루프 이득은 타겟 오디오 신호(402) 및 피드백 신호(408)가 궁극적으로 서로 수렴하게 하여, 확성기(10)의 음향 출력이 타겟 오디오 신호(402)의 음향 출력과 매칭되는 것을 보증한다.The
도 6은 일 실시예에 따른 도 5의 오디오 시스템의 신호 파형들을 나타낸다. 신호 파형들은 조정된 오디오 신호(404), 테스트 신호(508), 전류 감지 신호(512) 및 전류 진폭 신호(516)에 대해 도시된다. 조정된 오디오 신호(404)는 음성 코일(14)이 앞뒤로 움직여 음향음을 생성하게 하는 시변 전압 신호(time-varying voltage signal)이다. 코일(14)의 이동은 확성기(10)의 용량(Cs)의 변화를 생성한다. 테스트 신호(508)는 실질적으로 일정한 주파수 및 전압 진폭을 갖는다. 그러나, 전류 감지 신호(512)에 의해 표현되는 테스트 신호(508)의 전류 레벨은 용량(Cs)이 변함에 따라 변한다. 테스트 신호(508)의 변하는 전류는 전류 감지 신호(512)의 전압 레벨에서 캡처된다. 마지막으로, 전류 진폭 신호(516)는 전류 감지 신호(512)의 시변 진폭이며, 테스트 신호(508)의 변하는 전류 진폭을 나타내고, 확성기(10)의 변하는 용량(Cs)을 추적한다.Figure 6 shows signal waveforms of the audio system of Figure 5 according to one embodiment. The signal waveforms are shown for the adjusted
도 7은 다른 실시예에 따른 감소된 오디오 왜곡을 갖는 오디오 시스템의 회로도이다. 도 7의 오디오 시스템은 전류 검출기 회로(520)가 이제 확성기(10)의 다른 단자(432)에 결합된다는 점 외에는 도 6의 오디오 시스템과 유사하다. 전류 검출기 회로(520)는 여전히 커패시터(Cs)를 통해 흐르는 테스트 전류의 레벨을 검출하지만, 약간 상이한 방식으로 측정을 수행한다.7 is a circuit diagram of an audio system with reduced audio distortion according to another embodiment. The audio system of FIG. 7 is similar to the audio system of FIG. 6 except that the
구체적으로, 전류 검출기 회로(520)는 결합된 신호(502)의 전류를 검출한다. 결합된 신호(502)의 전류는 조정된 오디오 신호(404)의 오디오 주파수 성분들뿐만 아니라, 테스트 신호(508)의 고주파 성분도 포함한다. 테스트 신호(508)의 고주파 성분으로부터 오디오 주파수 성분들을 분리하기 위해, 전류 검출기 회로(520)는 직렬 커패시터(C5)를 포함한다. 커패시터(C5)는 검출된 전류의 오디오 주파수 성분들을 필터링하지만 테스트 신호(506)의 주파수 성분들은 통과시키는 고역 통과 필터로서 작용한다. 결과적으로, 전류 감지 신호(512)는 조정된 오디오 신호(404)가 아니라 테스트 신호(508)의 전류 레벨을 지시한다. 다른 실시예들에서, 커패시터(C5)는 전류 검출기 회로(520)와 확성기(10) 사이에 배치되어, 테스트 신호(508)의 전류 레벨의 검출 전에 오디오 주파수 성분들을 필터링할 수 있다.Specifically, the
도 8은 또 다른 실시예에 따른 감소된 오디오 왜곡을 갖는 오디오 시스템의 회로도이다. 도 8의 오디오 시스템은, 테스트 신호 생성기(506)가 이제 오디오 구동기(410)의 전력 공급 입력에 결합되고, 오디오 구동기(410)에 대한 전력 공급 입력을 변화시킴으로써 확성기(10)를 통해 고주파 테스트 전류가 간접적으로 흐르게 한다는 점 외에는 도 7의 오디오 시스템과 유사하다.8 is a circuit diagram of an audio system with reduced audio distortion according to another embodiment. The audio system of Figure 8 is similar to the audio system of Figure 8 except that the
도시된 바와 같이, 오디오 구동기(410)는 배터리 또는 다른 전원과 같은 DC 전원(802)에 의해 전력이 공급된다. 테스트 신호 생성기(506)는 조정된 전력 공급 전압(power supply voltage)(804)을 생성하기 위해 커패시터(C5)를 통해 DC 전원(802)과 결합되는 테스트 신호(508)를 생성한다. 조정된 전력 공급 전압(804)은 DC 전원 전압(DC supply voltage)(802)으로부터의 DC 성분 및 테스트 신호 생성기(506)로부터의 AC 성분 양자를 갖는다. 전력 공급 신호(804)의 AC 성분은 오디오 구동기(410)의 출력을 변화시키며, 조정된 오디오 신호(404)가 테스트 신호(508)의 주파수와 매칭되는 고주파 AC 성분을 갖게 한다.As shown, the
조정된 오디오 신호(404)의 고주파 AC 성분은 고주파 테스트 전류가 확성기(10)의 커패시터(Cs)를 통해 흐르게 한다. 전류 검출 회로(520)는 테스트 전류의 전류 레벨을 측정한다. 이러한 테스트 전류의 레벨은 전류 감지 신호(512) 내에 반영되고, 진폭 검출기 회로(514)에 의해 진폭 검출되어 전류 진폭 신호(516)를 생성하며, 이어서 피드백 회로(518)에 의해 피드백 신호(408)를 생성하는 데 사용된다. 도 8의 실시예는 결합기 회로(510) 및 그의 관련된 개별 컴포넌트들의 결여로 인해 도 5 및 도 7의 이전 실시예들보다 더 간단하게 구현될 수 있다.The high frequency AC component of the adjusted
도 9는 다른 실시예에 따른 확성기(10)의 물리적 도면이다. 도 9의 물리적 도면은 도 1의 도면과 유사하지만, 이제는 인쇄 회로 보드(PCB) 접지 평면(902)을 포함한다. PCB 접지 평면(902)은 예를 들어 확성기(10)가 실장되는 PCB에 대한 것일 수 있다. 다른 실시예들에서, PCB 접지 평면(902)은 확성기(10)에 인접하는 다른 접지된 물체로 대체될 수 있다. 코일(14)은 또한 PCB의 접지 평면(902)과 상호작용하는 전기장(904)을 갖는다. 전기장(904)의 강도는 코일(14) 및 다이어프램(16)이 앞뒤로 움직여 음향음을 생성함에 따라 변한다.9 is a physical diagram of a
도 10은 일 실시예에 따른 높은 주파수들에서의 도 9의 확성기(10)의 간략화된 전기적 모델이다. 도 10의 확성기 모델은 도 3의 확성기 모델과 유사하지만, 이제 모델은 커패시터(Cs) 대신에 커패시터(Cg)를 포함한다. 커패시터(Cg)는 접지에 접속되며, 코일(14)과 PCB 접지 평면(902) 간의 전기장(904)을 나타낸다. 커패시터(Cg)의 용량은 또한 코일(14) 및 다이어프램(16)이 앞뒤로 움직여 음향음을 생성함에 따라 변한다.FIG. 10 is a simplified electrical model of the
도 11은 추가 실시예에 따른 감소된 오디오 왜곡을 갖는 오디오 시스템의 회로도이다. 기능 레벨에서, 도 11의 오디오 시스템은 용량(Cg)을 다이어프램(16)의 변위에 대한 대용물로서 사용한다. 오디오 시스템은 용량(Cg)을 통해 전류를 측정하며, 전류를 이용하여, 조정된 오디오 신호(404)의 레벨을 조정하기 위한 피드백 신호(408)를 생성하며, 따라서 타겟 오디오 신호(402)와 다이어프램(16)의 실제 변위 간의 편차를 보상한다.11 is a circuit diagram of an audio system with reduced audio distortion according to a further embodiment. At the functional level, the audio system of FIG. 11 uses the capacitance Cg as a substitute for the displacement of the diaphragm 16. The audio system measures the current through the capacitance Cg and uses the current to generate a
회로 레벨에서, 도 11의 오디오 시스템은 도 5의 오디오 시스템과 유사하지만, 이제는 조정된 차동 오디오 신호(1104)를 출력하는 차동 오디오 구동기(1110)를 포함한다. 신호 결합기(1112)도 상이하며, 이제는 오디오 구동기(1110)의 출력들과 확성기(10) 사이에 결합된 2개의 인덕터(L3, L4)를 포함한다. 인덕터들(L3, L4)은 테스트 신호(506)가 오디오 구동기(1110)의 출력들을 통해 역으로 흐르는 것을 차단하는 초크들이다.At the circuit level, the audio system of FIG. 11 is similar to the audio system of FIG. 5, but now includes a
신호 결합기(510)는 테스트 신호(508)를 조정된 차동 오디오 신호(1104)와 결합하여 차동 결합 신호(1102)를 생성한다. 결합 신호(1102)의 조정된 오디오 신호 부분은 확성기(10)에 의해 음향음으로 변환된다. 커패시터(Cg)는 확성기(10)가 음향음을 생성함에 따라 변한다. 테스트 신호(506)는 인덕터(L4, L3)에 의해 차단되며, 따라서 테스트 신호(506)에 대해 이용 가능한 유일한 방전 경로는 커패시터(Cg)를 통하는 것이다. 전류 감지 회로(520)는 커패시터(Cg)를 통해 흐르는 테스트 전류의 양을 나타내는 테스트 신호(506)의 전류 레벨을 측정한다. 이어서, 전류 감지 회로(520)는 테스트 신호(506)의 전류 레벨을 지시하기 위한 전류 감지 신호(512)를 생성한다.The signal combiner 510 combines the
진폭 검출기(514)는 전류 감지 신호(512)의 진폭을 검출하고, 전류 진폭 신호(516)를 생성한다. 피드백 회로(518)는 전류 진폭 신호(516)를 수신하고, 전류 진폭 신호(516)를 이용하여, 피드백 신호(408)를 생성한다. 일 실시예에서, 피드백 회로(518)는 전류 진폭 신호(516)의 레벨들을, 피드백 신호(408)를 생성하는 데 사용되는 변위 값들에 맵핑하는 탐색표를 사용한다. 도 11의 피드백 회로(518)에 대한 탐색표는 도 5의 피드백 회로(518)에 대한 탐색표와 상이한 값들을 가질 수 있다.The
오디오 구동기(1110)는 타겟 오디오 신호(402) 및 피드백 신호(408)를 수신하고, 그의 2개의 입력 신호를 비교함으로써 조정된 차동 오디오 신호(1104)를 생성한다. 결과적인 조정된 오디오 신호(1104)는 타겟 오디오 신호(402)와 확성기 다이어프램(16)의 실제 이동 간의 편차를 보상한다. 결과적으로, 확성기 다이어프램(16)의 변위는 타겟 오디오 신호(402)의 변위와 매칭되어, 오디오 시스템의 오디오 충실도를 증가시킨다.The
본 개시내용을 읽으면, 통상의 기술자들은 오디오 시스템에서의 오디오 왜곡을 줄이기 위한 또 다른 추가적인 대안 설계들을 알 것이다. 따라서, 특정 실시예들 및 응용들이 도시되고 설명되었지만, 본 명세서에서 설명된 실시예들은 본 명세서에서 개시된 바로 그 구성 및 컴포넌트들로 한정되지 않으며, 본 개시내용의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고서 본 명세서에서 개시된 방법 및 기기의 배열, 동작 및 상세에 있어서 통상의 기술자들에게 명백할 다양한 수정들, 변경들 및 변형들이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.Upon reading the present disclosure, one of ordinary skill in the art will know of additional alternative designs for reducing audio distortion in an audio system. Thus, while specific embodiments and applications have been shown and described, it should be understood that the embodiments described herein are not limited to the precise arrangements and components disclosed herein, but may be modified and / or modified without departing from the spirit and scope of the disclosure It should be understood that various modifications, changes, and variations will be apparent to those of ordinary skill in the art, in the arrangement, operation and details of the disclosed method and apparatus.
Claims (21)
타겟 오디오 신호 및 피드백 신호를 수신하고, 상기 타겟 오디오 신호 및 상기 피드백 신호에 응답하여 조정된 오디오 신호를 생성하도록 구성되는 오디오 구동기;
상기 조정된 오디오 신호를 음향음(acoustical sound)으로 변환하도록 구성되는 확성기;
상기 타겟 오디오 신호보다 높은 주파수를 갖는 테스트 신호를 생성하도록 구성되는 테스트 신호 생성기 - 상기 테스트 신호는 테스트 전류가 상기 확성기를 통해 흐르게 함 -;
상기 확성기를 통해 흐르는 상기 테스트 전류를 측정하고, 상기 테스트 전류를 나타내는 전류 감지 신호를 생성하도록 구성되는 전류 감지 회로; 및
상기 전류 감지 신호에 응답하여 상기 피드백 신호를 생성하도록 구성되는 피드백 회로
를 포함하는 오디오 시스템.As an audio system,
An audio driver configured to receive a target audio signal and a feedback signal and to generate an adjusted audio signal in response to the target audio signal and the feedback signal;
A loudspeaker configured to convert the adjusted audio signal into acoustical sound;
A test signal generator configured to generate a test signal having a frequency higher than the target audio signal, the test signal causing a test current to flow through the loudspeaker;
A current sense circuit configured to measure the test current flowing through the loudspeaker and to generate a current sense signal representative of the test current; And
A feedback circuit configured to generate the feedback signal in response to the current sense signal;
≪ / RTI >
상기 전류 감지 회로에 결합되고, 상기 전류 감지 신호의 진폭을 나타내는 전류 진폭 신호를 생성하도록 구성되는 진폭 검출기를 더 포함하고,
상기 피드백 회로는 상기 전류 진폭 신호에 응답하여 상기 피드백 신호를 생성하도록 구성되는 오디오 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising an amplitude detector coupled to the current sense circuit and configured to generate a current amplitude signal representative of the amplitude of the current sense signal,
Wherein the feedback circuit is configured to generate the feedback signal in response to the current amplitude signal.
상기 조정된 오디오 신호와 상기 테스트 신호를 결합함으로써 결합된 신호를 생성하도록 구성되는 신호 결합기 회로를 더 포함하고,
상기 확성기는 상기 조정된 오디오 신호에 대응하는 상기 결합된 신호의 부분을 음향음으로 변환하며, 상기 테스트 신호에 대응하는 상기 결합된 신호의 부분은 상기 테스트 전류가 상기 확성기를 통해 흐르게 하는 오디오 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising a signal combiner circuit configured to generate a combined signal by combining the adjusted audio signal and the test signal,
Wherein the loudspeaker converts the portion of the combined signal corresponding to the adjusted audio signal to acoustic sound and the portion of the combined signal corresponding to the test signal causes the test current to flow through the loudspeaker.
상기 테스트 신호 생성 회로는 상기 오디오 구동기의 전력 공급 입력(power supply input)에 결합되고, 상기 테스트 신호를 이용하여 상기 오디오 구동기의 전력 공급(power supply)을 조정하여 상기 오디오 구동기에 대한 조정된 전력 공급을 생성하며, 상기 조정된 전력 공급은 상기 테스트 전류가 상기 확성기를 통해 흐르게 하는 상기 조정된 오디오 신호의 변화들을 유발하는 오디오 시스템.The method according to claim 1,
The test signal generator circuit is coupled to a power supply input of the audio driver and uses the test signal to adjust a power supply of the audio driver to provide a regulated power supply Wherein the adjusted power supply causes changes in the adjusted audio signal causing the test current to flow through the loudspeaker.
타겟 오디오 신호 및 피드백 신호에 응답하여 조정된 오디오 신호를 생성하는 단계;
확성기를 이용하여 상기 조정된 오디오 신호를 음향음으로 변환하는 단계;
상기 타겟 오디오 신호보다 높은 주파수를 갖는 테스트 신호를 생성하는 단계 - 상기 테스트 신호는 테스트 전류가 상기 확성기를 통해 흐르게 함 -;
상기 확성기를 통해 흐르는 상기 테스트 전류를 측정하는 단계;
상기 테스트 전류를 나타내는 전류 감지 신호를 생성하는 단계; 및
상기 전류 감지 신호에 응답하여 상기 피드백 신호를 생성하는 단계
를 포함하는 방법.A method of operation in an audio system,
Generating an adjusted audio signal in response to a target audio signal and a feedback signal;
Converting the adjusted audio signal to acoustic sound using a loudspeaker;
Generating a test signal having a frequency higher than the target audio signal, the test signal causing a test current to flow through the loudspeaker;
Measuring the test current flowing through the loudspeaker;
Generating a current sense signal representative of the test current; And
Generating the feedback signal in response to the current sense signal
≪ / RTI >
상기 전류 감지 신호의 진폭을 나타내는 전류 진폭 신호를 생성하는 단계를 더 포함하고,
상기 피드백 신호를 생성하는 단계는 상기 전류 진폭 신호에 응답하여 상기 피드백 신호를 생성하는 단계를 포함하는 방법.13. The method of claim 12,
Generating a current amplitude signal representative of the amplitude of the current sense signal,
Wherein generating the feedback signal comprises generating the feedback signal in response to the current amplitude signal.
상기 피드백 신호를 생성하는 단계는, 탐색표를 이용하여 상기 진폭 신호에 대한 값들을 상기 피드백 신호에 대한 값들에 맵핑함으로써 상기 피드백 신호가 생성되는 것을 포함하는 방법.14. The method of claim 13,
Wherein generating the feedback signal comprises generating the feedback signal by mapping values for the amplitude signal to values for the feedback signal using a search table.
상기 조정된 오디오 신호와 상기 테스트 신호를 결합함으로써 결합된 신호를 생성하는 단계; 및
상기 조정된 오디오 신호에 대응하는 상기 결합된 신호의 부분을 음향음으로 변환하는 단계
를 더 포함하고,
상기 테스트 신호에 대응하는 상기 결합된 신호의 부분은 상기 테스트 전류가 상기 확성기를 통해 흐르게 하는 방법.13. The method of claim 12,
Generating a combined signal by combining the adjusted audio signal and the test signal; And
Converting the portion of the combined signal corresponding to the adjusted audio signal to acoustic sound
Further comprising:
And the portion of the combined signal corresponding to the test signal causes the test current to flow through the loudspeaker.
상기 조정된 오디오 신호를 생성하는 오디오 구동기의 전력 공급을 조정하는 단계를 더 포함하고, 상기 테스트 신호를 이용해서 상기 전력 공급을 조정하여 조정된 전력 공급을 생성하고,
상기 조정된 전력 공급은 상기 테스트 전류가 상기 확성기를 통해 흐르게 하는 상기 조정된 오디오 신호의 변화들을 유발하는 방법.13. The method of claim 12,
Adjusting the power supply of the audio driver generating the adjusted audio signal, adjusting the power supply using the test signal to generate a regulated power supply,
The adjusted power supply causing changes in the adjusted audio signal causing the test current to flow through the loudspeaker.
Applications Claiming Priority (3)
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